本發(fā)明屬于吸波材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種電磁性能可調(diào)控的包覆型納米復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用于2～18GHz波段電磁波的吸收性能。

背景技術(shù)：

吸波材料廣泛用于隱身技術(shù)、電子設(shè)備、雷達(dá)或通信設(shè)備抗干擾以及人體防護(hù)等諸多領(lǐng)域，在軍用和民用方面都有著重要意義。根據(jù)吸波機(jī)理，吸波材料可以分為介電損耗型和磁損耗型。介電損耗型吸波材料具有較高的電損耗正切角，依靠介質(zhì)的電子、分子、離子及界面極化來衰減吸收電磁波。磁損耗型吸波材料具有較高的磁損耗正切角，衰減吸收電磁波以疇壁共振、磁滯損耗等形式來衰減吸收電磁波。在實(shí)際應(yīng)用中，功能單一的電損耗型或磁損耗型不能完全滿足需求，因此集電損耗和磁損耗于一身的復(fù)合型吸波材料是未來的發(fā)展方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種包覆型電磁無機(jī)納米復(fù)合吸波材料，該復(fù)合吸波材料是電磁性能可調(diào)控的復(fù)合吸波劑。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種包覆型電磁無機(jī)納米復(fù)合吸波材料，所述復(fù)合吸波材料包括：銀納米線以及包覆于其上的磁性納米顆粒；

所述銀納米線的直徑為30～1000nm，長(zhǎng)度為10～100μm；

所述磁性納米顆粒為Co₂O₃、Fe₃O₄或NiFe₂O₄，粒徑為10～1000nm；

所述磁性納米顆粒與銀納米線的質(zhì)量份配比為2：100～10：100。

本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種上述的包覆型電磁無機(jī)納米復(fù)合吸波材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

在30～600ml醇類溶劑中分散均勻0.3～20g銀納米線，并加入30～400ml的無機(jī)鹽的醇類溶液，攪拌10～90分鐘使其混合分散均勻；然后加入0.5～2mol/L堿的醇類溶液，繼續(xù)攪拌5～60分鐘得到總體積為50～1000mL的反應(yīng)液，放入反應(yīng)釜中進(jìn)行磁性納米顆粒的包覆生長(zhǎng)反應(yīng)得到電磁無機(jī)納米復(fù)合吸波材料。

優(yōu)選地，所述醇類溶劑為正戊醇、丙二醇、乙二醇、正己醇和正辛醇中的一種。

優(yōu)選地，所述無機(jī)鹽為硝酸鈷、硝酸鎳、硝酸鐵、硫酸亞鐵和氯化亞鐵中的一種或幾種。

優(yōu)選地，所述堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鎂中的至少一種。

優(yōu)選地，所述反應(yīng)釜為自加熱反應(yīng)釜，加熱方式為電加熱或油浴加熱。

優(yōu)選地，所述包覆生長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間為1～5小時(shí)，反應(yīng)溫度為100～250℃。

本發(fā)明所述的包覆型電磁無機(jī)納米復(fù)合吸波材料用于2～18GHz波段的電磁波的吸收。

本發(fā)明提供的包覆型電磁無機(jī)納米復(fù)合吸波材料是以磁性納米顆粒和銀納米線共同作為吸波劑，具有可設(shè)計(jì)的電磁性能。

本發(fā)明采用不同性質(zhì)的材料制成的復(fù)合吸波材料不但可以兼具各個(gè)組分的特性，且還存在協(xié)同增效的作用，其吸波效果優(yōu)于兩種組分各自吸波效果的加和，因此，本發(fā)明所得吸波材料能對(duì)電磁波具有更好的耗散作用。一維金屬材料具有用量少，高耗散等特點(diǎn)；磁性納米顆粒具有吸收強(qiáng)，頻帶寬，匹配厚度薄等特點(diǎn)，二者進(jìn)行復(fù)合后，可以產(chǎn)生優(yōu)于累積效果的吸波效果，可以增加吸收頻帶，對(duì)展寬材料的有效吸收帶寬非常有利。

本發(fā)明涉及一種溶劑熱法制備的無機(jī)電磁納米復(fù)合材料，即磁性納米顆粒與一維銀納米線復(fù)合材料。該納米復(fù)合吸波材料通過兩步溶劑熱法來依次制備銀納米線和在銀納米線外生長(zhǎng)磁性納米顆粒。其步驟如下：先用溶劑熱法制備銀納米線；仍用溶劑熱法，以制備好的銀納米線為種，在銀納米線的表面生長(zhǎng)磁性納米顆粒。通過調(diào)節(jié)反應(yīng)物的種類和配比，可得到銀納米線和不同磁性納米顆粒的質(zhì)量比的復(fù)合材料。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明通過制備具有包覆結(jié)構(gòu)形態(tài)的納米復(fù)合材料來調(diào)節(jié)復(fù)合材料的電磁性能，有效降低了納米復(fù)合材料因阻抗不匹配而引起的對(duì)電磁波的低吸收現(xiàn)象，是一種阻抗?jié)u變“寬頻”吸收體與衰減表面電流的薄層吸收體的復(fù)合，是磁介質(zhì)型和電阻型損耗的結(jié)合。

2、本發(fā)明提供的包覆型電磁無機(jī)納米復(fù)合吸波材料在2～18GHz的波段的最小反射率可低于-20dB。

3、本發(fā)明提供的方法制備的電磁無機(jī)納米復(fù)合材料是一種電磁性能廣泛可調(diào)的復(fù)合材料，該電磁性納米無機(jī)復(fù)合材料具有在整個(gè)掃描范圍(2-18GHz)內(nèi)都保持穩(wěn)定的相對(duì)磁導(dǎo)率，介電常數(shù)會(huì)隨著頻率有增大或減小的變化，從而使得該材料可以在電介質(zhì)損耗和磁介質(zhì)損耗材料之間轉(zhuǎn)換。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1制備的復(fù)合吸波材料的掃描電鏡圖；

圖2為實(shí)施例1制備的復(fù)合吸波材料的電磁參數(shù)曲線；

圖3為實(shí)施例2制備的復(fù)合吸波材料的掃描電鏡圖；

圖4為實(shí)施例2制備的復(fù)合吸波材料的電磁參數(shù)曲線；

圖5為實(shí)施例3制備的復(fù)合吸波材料的掃描電鏡圖；

圖6為實(shí)施例3制備的復(fù)合吸波材料的電磁參數(shù)曲線；

圖7為實(shí)施例4制備的復(fù)合吸波材料的掃描電鏡圖；

圖8為實(shí)施例4制備的復(fù)合吸波材料的電磁參數(shù)曲線；

圖9為實(shí)施例5制備的復(fù)合吸波材料的掃描電鏡圖；

圖10為實(shí)施例5制備的復(fù)合吸波材料的電磁參數(shù)曲線；

圖11為實(shí)施例6制備的復(fù)合吸波材料的掃描電鏡圖；

圖12為實(shí)施例6制備的復(fù)合吸波材料的電磁參數(shù)曲線；

電磁參數(shù)曲線圖中：ε_r：介電常數(shù)實(shí)部；ε_i：介電常數(shù)虛部；μ_r：磁導(dǎo)率實(shí)部；μ_i：磁導(dǎo)率虛部。

具體實(shí)施方式

下面以附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

實(shí)施例1

將0.3g銀納米線超聲分散于30mL的乙二醇中；將0.036g的FeSO₄·7H₂O和0.07g的FeCl₃·6H₂O溶解于30mL的乙二醇中，攪拌均勻并將其加入到銀納米線醇溶液中持續(xù)攪拌10分鐘，再向該溶液中加入0.5mol/L的NaOH/乙二醇溶液2.1mL，維持?jǐn)嚢?分鐘得到反應(yīng)液，放入反應(yīng)釜中，200℃反應(yīng)4小時(shí)，得到復(fù)合吸波材料。本實(shí)施例制備復(fù)合吸波材料中Fe₃O₄顆粒與銀納米線質(zhì)量比為0.1：1，所述銀納米線的平均直徑為470nm，長(zhǎng)度為10～100μm；所述磁性納米顆粒粒徑為10～1000nm。

本實(shí)施例復(fù)合吸波材料的掃描電鏡圖如圖1所示，電磁參數(shù)見圖2，吸波性能列于表1。從圖1可以看出，F(xiàn)e₃O₄納米粒子聚集成無定形態(tài)連續(xù)相包于銀納米線的表面；從圖2可以看出，磁導(dǎo)率虛部幾乎為0，即幾乎沒有磁損耗，介電常數(shù)的虛部在低頻較小，在頻率大于8GHz時(shí)開始有明顯的增加，在10.5GHz處有達(dá)到最大值，趨于電損耗性介電材料。

實(shí)施例2

將1g銀納米線超聲分散于80mL的正戊醇中；將0.014g的FeCl₂·4H₂O和0.069g的Fe(NO₃)₃·9H₂O溶解于30mL的正戊醇中，攪拌均勻并將其加入到銀納米線醇溶液中持續(xù)攪拌20分鐘，再向該溶液中加入0.5mol/L的NaOH/正戊醇溶液1.4mL，維持?jǐn)嚢?0分鐘得到反應(yīng)液，放入反應(yīng)釜中，160℃反應(yīng)3小時(shí)，得到復(fù)合吸波材料。

本實(shí)施例制備復(fù)合吸波材料中Fe₃O₄顆粒與銀納米線質(zhì)量比為2：100，所述銀納米線的平均直徑為280nm，長(zhǎng)度為10～100μm；所述磁性納米顆粒粒徑為10～1000nm。

本實(shí)施例復(fù)合吸波材料的掃描電鏡圖如圖3所示，電磁參數(shù)見圖4，吸波性能列于表1。從圖3可以看出，F(xiàn)e₃O₄納米粒子聚集為直徑約40nm的團(tuán)簇狀分散點(diǎn)綴于銀納米線的表面；從圖4可以看出，磁導(dǎo)率虛部幾乎為0，即幾乎沒有磁損耗，介電常數(shù)的虛部在低頻較小，在頻率大于9GHz時(shí)開始有明顯的增加，在9.8GHz和18GHz處達(dá)到最大值，趨于電損耗性介電材料。

實(shí)施例3

將3g銀納米線超聲分散于150mL的丙二醇中；將0.42g的Co(NO₃)₂·6H₂O溶解于60mL的丙二醇中，攪拌均勻并將其加入到銀納米線醇溶液中持續(xù)攪拌30分鐘。再向該溶液中加入0.5mol/L的Mg(OH)₂/丙二醇溶液1.4mL，維持?jǐn)嚢?0分鐘得到反應(yīng)液，放入反應(yīng)釜中，250℃反應(yīng)1小時(shí)，得到復(fù)合吸波材料。

本實(shí)施例制備復(fù)合吸波材料中Co₂O₃納米顆粒與銀納米線質(zhì)量比為4：100，所述銀納米線的平均直徑為480nm，長(zhǎng)度為10～100μm；所述磁性納米顆粒粒徑為10～1000nm。

本實(shí)施例復(fù)合吸波材料的掃描電鏡圖如圖5所示，電磁參數(shù)見圖6，吸波性能列于表1。從圖5可以看出，Co₂O₃納米粒子團(tuán)聚平均直徑為150nm的簇狀分散附著于Ag納米線的表面；從圖6可以看出，磁損耗幾乎為0，介電常數(shù)虛部隨著頻率的增大而呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，說明其在掃描范圍內(nèi)是一種電損耗性能的介電材料。

實(shí)施例4

將5g銀納米線超聲分散于300mL的正己醇中；將1.05g的Co(NO₃)₂·6H₂O溶解于100mL的正己醇中，攪拌均勻并將其加入到銀納米線醇溶液中持續(xù)攪拌30分鐘。再向該溶液中加入0.5mol/L的Mg(OH)₂/正己醇溶液3.6mL，維持?jǐn)嚢?0分鐘得到反應(yīng)液，放入反應(yīng)釜中，160℃反應(yīng)5小時(shí)，得到復(fù)合吸波材料。

本實(shí)施例制備復(fù)合吸波材料中Co₂O₃顆粒與銀納米線質(zhì)量比為6：100，所述銀納米線的平均直徑為520nm，長(zhǎng)度為10～100μm；所述磁性納米顆粒粒徑為10～1000nm。

本實(shí)施例復(fù)合吸波材料的掃描電鏡圖如圖7所示，電磁參數(shù)見圖8，吸波性能列于表1。從圖7可以看出，Co₂O₃納米粒子聚集成直徑約為180nm的簇狀存在于Ag納米線的表面；從圖8可以看出，磁損耗幾乎為0，介電常數(shù)虛部很小，但在頻率為14.3GHz處出現(xiàn)一個(gè)峰值。

實(shí)施例5

將10g銀納米線超聲分散于400mL的正辛醇中，將1g的Ni(NO₃)₂·6H₂O和1.84g的FeCl₃·6H₂O溶解于200mL的正辛醇中，攪拌均勻并將其加入到銀納米線醇溶液中持續(xù)攪拌40分鐘。再向該溶液中加入1mol/L的KOH/正辛醇溶液28mL，維持?jǐn)嚢?0分鐘得到反應(yīng)液，放入反應(yīng)釜中，100℃反應(yīng)2小時(shí)，得到復(fù)合吸波材料。

本實(shí)施例制備復(fù)合吸波材料中NiFe₂O₄顆粒與銀納米線質(zhì)量比為8：100，所述銀納米線的平均直徑為450nm，長(zhǎng)度為10～100μm；所述磁性納米顆粒粒徑為10～1000nm。

本實(shí)施例復(fù)合吸波材料的掃描電鏡圖如圖9所示，電磁參數(shù)見圖10，吸波性能列于表1。從圖9可以看出，NiFe₂O₄納米粒子聚集為直徑約為80nm的簇狀點(diǎn)綴于Ag納米線的表面；從圖10可以看出，相對(duì)介電常數(shù)實(shí)部遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于虛部，且虛部接近于0，相對(duì)磁導(dǎo)率的實(shí)部和虛部隨頻率的增加變化不大，說明其是一種磁損耗性能穩(wěn)定的吸波材料。

實(shí)施例6

將20g銀納米線超聲分散于600mL的乙二醇中，將2.48g的Ni(NO₃)₂·6H₂O和6.87g的Fe(NO₃)₃·9H₂O溶解于400mL的乙二醇中，持續(xù)攪拌90分鐘。加入2mol/L的KOH/乙二醇溶液35mL，維持?jǐn)嚢?0分鐘，放入反應(yīng)釜中，120℃反應(yīng)1小時(shí)，得到復(fù)合吸波材料6。

本實(shí)施例制備復(fù)合吸波材料中NiFe₂O₄顆粒與銀納米線質(zhì)量比為0.1：1，所述銀納米線的平均直徑為450nm，長(zhǎng)度為10～100μm；所述磁性納米顆粒粒徑為10～1000nm。

本實(shí)施例復(fù)合吸波材料的掃描電鏡圖如圖11所示，電磁參數(shù)見圖12，吸波性能列于表1。從圖11可以看出，NiFe₂O₄納米粒子以直徑約為90nm的聚集體的形式均勻分散于Ag納米線的表面；從圖12可以看出，相對(duì)介電常數(shù)實(shí)部遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于虛部，且虛部在低頻時(shí)較小，在頻率大于5GHz時(shí)開始有明顯的增加，在頻率為14.4GHz處達(dá)到最大值，趨于電損耗性介電材料。

表1電磁復(fù)合吸波材料的吸波性能

該電磁復(fù)合吸波材料在2-18GHz掃描范圍內(nèi)表現(xiàn)出良好的吸波性能，通過選擇不同的反應(yīng)原料和投料配比，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)衰減大于10dB的有效帶寬和最大衰減頻率的調(diào)節(jié)和設(shè)計(jì)，得到一系列具有不同吸波性能的材料。

最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。